Катализаторы на основе оксидов алюминия и титана для крекинга пропана

Аннотация

Исследованы закономерности процесса высокотемпературного превращения пропана с использованием каталитических систем, включающих в себя алюминий и титан, в том числе смесь оксидов титана с алюминием, высокопористым оксидом титана, нанокомпозитным волокнистым материалом и нанокристаллическим композитом, содержащими алюминий и титан, а также с титансодержащим цеолитом типа MFI (Mobil five). Показано, что увеличение числа каталитических центров и их доступности ведет к повышению активности каталитических систем и вклада механизма дегидрирования с преимущественным выходом пропилена. Установлено, что развитая за счет образования микропор поверхность катализатора препятствует протеканию процесса крекинга по механизму дегидрирования за счет снижения доступности активных центров. В результате снижается активность исследуемых каталитических систем, и реакция преимущественно протекает по механизму деструкции углеродного каркаса. Максимальная степень превращения пропана 68 % с селективностью 65 % по пропилену достигается при температуре 700 °С в случае использования нанокристаллического композиционного материала. Установлено, что этот композит обладает близкими значениями показателей удельной поверхности и кислотности с титансодержащим цеолитом типа MFI. Композиционный материал способствует лучшей адсорбции молекулы пропана на каталитическом центре и разрыву С--Н-связи. Каталитическая активность материалов, состоящих из механической смеси оксида титана с оксидом алюминия, а также высокопористым оксидом титана, оказалась существенно ниже, чем у композитного катализатора. Для всех исследованных каталитических систем отмечена высокая устойчивость к дезактивации поверхности за счет осаждения аморфного углерода

Работа выполнена при поддержке гранта системы научных проектов РУДН (проект № 021521-2-000)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Маркова Е.Б., Чередниченко А.Г., Богатов Н.А. и др. Катализаторы на основе оксидов алюминия и титана для крекинга пропана. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 5 (110), с. 137--153. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-5-137-153

Литература

[1] Bricker C. Advanced catalytic dehydrogenation technologies for production of olefins. Top. Catal., 2012, vol. 55, no. 19-20, pp. 1309--1314. DOI: https://doi.org/10.1007/s11244-012-9912-1

[2] Farshi A., Shaiyegh F., Burogerdi S.H., et al. FCC process role in propylene demands. Pet. Sci. Technol., 2011, vol. 29, iss. 9, pp. 875--885. DOI: https://doi.org/10.1080/10916460903451985

[3] Hu Z.P., Yang D., Wang Z., et al. State-of-the-art catalysts for direct dehydrogenation of propane to propylene. Chinese J. Catal., 2019, vol. 40, iss. 9, pp. 1233--1254. DOI: https://doi.org/10.1016/S1872-2067(19)63360-7

[4] Zhu X., Wang T., Xu Z. Pt--Sn clusters anchored at Al³⁺_penta sites as a sinter-resistant and regenerable catalyst for propane dehydrogenation. J. Energy Chem., 2022, vol. 65, pp. 293--301. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.06.002

[5] Cherednichenko A.G., Markova E.B., Sheshko T.F., et al. Thermal-catalytic destruction of polyolephin polymers in presence of LnVO₃ and LnVO₄. Catal. Today, 2021, vol. 379, pp. 80--86. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.03.012

[6] Kainthla I., Bhanushali J.T., Keri R.S., et al. Activity studies of vanadium, iron, carbon and mixed oxides based catalysts for the oxidative dehydrogenation of ethylbenzene to styrene: a review. Catal. Sci. Technol., 2015, vol. 5, iss. 12, pp. 5062--5076. DOI: https://doi.org/10.1039/c5cy00996k

[7] Богомолов Б.Б., Болдырев В.С., Зубарев А.М. и др. Интеллектуальный логико-информационный алгоритм выбора энергоресурсоэффективной химической технологии. Теоретические основы химической технологии, 2019, т. 53, № 5, с. 483--492. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040357119050026

[8] Domoroshchina E.N., Kravchenko G., Kuz’micheva G.M. Nanocomposites of zeolite-titanium(IV) oxides: preparation, characterization, adsorption, photocatalytic and bactericidal properties. J. Cryst. Growth, 2017, vol. 468, pp. 199--203. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2017.02.001

[9] Markova E.B., Krasil’nikova O.K., Serov Yu.M., et al. Alumina nanofibrous structural self-organization in hollow nanotubes caused by hydrogen treatment. Nanotechnol. Russia, 2014, vol. 9, no. 7-8, pp. 441--447. DOI: https://doi.org/10.1134/s1995078014040119

[10] Маркова Е.Б., Серов Ю.М., Красильникова О.К. и др. Нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов и способ его получения. Патент РФ 2604882. Заявл. 14.08.2015, опубл. 20.12.2016.

[11] Маркова Е.Б., Серов Ю.М., Красильникова О.К. и др. Композитные нано-кристаллические катализаторы на основе оксида алюминия для крекинга пропана с целью получения олефинов и способ его получения. Патент РФ 2604884. Заявл. 14.08.2015, опубл. 20.12.2016.

[12] Gainanova A.A., Domoroshchina E.N., Kuz’micheva G.M., et al. New composites based on zeolites (H-Beta, H-ZSM-5) and nanosized titanium(IV) oxide (anatase and η-phase) doped by Ni, Ag, V with photocatalytic, adsorption and bactericidal properties. New J. Chem., 2021, vol. 45, iss. 5, pp. 2417--2430. DOI: https://doi.org/10.1039/d0nj04286b

[13] Langerame F., Salvi A.M., Silletti M., et al. XPS characterization of a synthetic Ti-containing MFI zeolite framework: the titanosilicalites, TS-1. Surf. Interface Anal., 2008, vol. 40, iss. 3-4, pp. 695--699. DOI: https://doi.org/10.1002/sia.2739

[14] Baerlocher Ch., Meier W.M., Olson D.H. Atlas of zeolite framework types. Elsevier, 2007.

[15] Taramasso M., Perego G., Notari B. Preparation of porous crystalline synthetic material comprised of silicon and titanium oxides. Patent US 4410501. Appl. 29.06.1982, publ. 18.10.1983.

[16] Hrabanek P., Zikanova A., Bernauer B., et al. A route to MFI zeolite-α-alumina composite membranes for separation of light paraffins. Desalination, 2008, vol. 224, iss. 1-3, pp. 76--80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.02.082